脱硝催化剂使用量（转载--干冰能清洗脱硝催化剂）

脱硝催化剂使用量（转载--干冰能清洗脱硝催化剂）根据华电电力科学研究院有限公司2017年4月的SCR脱硝装置的性能试验［6］，满负荷下平均脱硝效率为86.4%，脱硝装置平均出入口温降为3K，出口氨逃逸质量浓度为1.85mg/m3，SO2/SO3转化率为0.75%，反应器压力损失为600Pa左右。低负荷时反应器入口烟气温度降低，不利于SCR脱硝化学反应的进行，应在长时间低负荷运行时停止喷氨，防止氨逃逸质量浓度过大。此外，对催化剂的表观、理化特性和工艺特性进行了检测与分析，催化剂样品迎风面有破损和透光情况，活性成分均有不同程度的降低，相对活性为0.7左右，上、中层比表面积下降较大。该150MW机组脱硝装置采用选择性催化还原法（SCR）工艺，脱硝设计效率为80%，反应器内催化剂层按照2 1层设计，采用板式催化剂，催化剂结构见图1。反应器分左右2台布置在省煤器出口与空气预热器入口烟道之间。为防止反应器积灰，每层反应器入口布置4台蒸汽吹灰器和7台

摘要：针对大型火电机组选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂积灰、堵塞、活性下降，而压缩空气吹灰器、声波吹灰器、蒸汽吹灰器等新型吹灰器无法实现高效吹灰，再生技术无法实现在线原位再生的现象，开发了干冰清洗技术。该技术应用于某150 MW机组SCR脱硝催化剂后，能有效清除催化剂微孔内的硫酸氢铵（ABS）灰垢，大幅增加比表面积，降低重金属含量，起到提高催化剂活性的作用。

关键词：火电机组；干冰；脱硝催化剂；积灰；比表面积；活性

国内70%～80%的火电机组都实施了超净排放，脱硝催化剂成为了大部分火电机组的基本配置［1］。对于燃煤机组，烟气中飞灰含量高，易与过量喷氨形成的硫酸氢铵（ABS）结合，在空气预热器、催化剂表面形成积灰。当机组长期处于低负荷运行或实际煤质大幅偏离设计值时，脱硝催化剂积灰堵塞情况会持续恶化，使用寿命进一步降低，在影响机组达标排放的同时，降低机组运行安全性和经济性［2］。

脱硝催化剂的失效包括粉尘的覆盖、微孔的堵塞和催化剂的中毒等，其中前两者占据了催化剂失效的大部分。在烟气中未反应的NH3和SO3反应产生硫酸盐，硫酸盐附着在催化剂表面会影响催化效果，是催化剂脱硝效率降低最主要的原因。

因此，国内学者对脱硝催化剂的各种吹灰清洗方式进行了研究。于媛美［3］对应用于烟气脱硝装置的声波吹灰器的操作方式及故障处理进行了阐述。张晓敏［4］在脱硝反应器第上层催化剂表面易积灰区域布置压缩空气吹扫管线，锅炉运行期间根据脱硝反应器压差定期打开气源阀进行人工在线吹灰，减缓催化剂积灰堵塞速率。马少丹［5］开发了酸洗液结合渗透剂的催化剂再生工艺，可以有效恢复催化剂比表面积、修复催化剂酸性位与氧化还原能力，再生催化剂活性恢复至新鲜催化剂活性的99.2%以上。

基于现有催化剂吹灰方式的特点和不足，笔者提出了应用于催化剂清洗的新型干冰清洗技术，拟改善现有吹灰方式的效率和效果。通过试验优化得到最佳的清洗参数，并应用于某150 MW机组，在停机状态下进行催化剂清洗工程示范。

1 机组脱硝现状

该150MW机组脱硝装置采用选择性催化还原法（SCR）工艺，脱硝设计效率为80%，反应器内催化剂层按照2 1层设计，采用板式催化剂，催化剂结构见图1。反应器分左右2台布置在省煤器出口与空气预热器入口烟道之间。为防止反应器积灰，每层反应器入口布置4台蒸汽吹灰器和7台声波吹灰器。上层催化剂运行时间为10742h，中层催化剂运行时间为22831h，下层催化剂运行时间接近20000h。当催化剂接近化学寿命末期时，催化剂小孔堵塞较多，造成催化剂层压差偏大。

根据华电电力科学研究院有限公司2017年4月的SCR脱硝装置的性能试验［6］，满负荷下平均脱硝效率为86.4%，脱硝装置平均出入口温降为3K，出口氨逃逸质量浓度为1.85mg/m3，SO2/SO3转化率为0.75%，反应器压力损失为600Pa左右。低负荷时反应器入口烟气温度降低，不利于SCR脱硝化学反应的进行，应在长时间低负荷运行时停止喷氨，防止氨逃逸质量浓度过大。此外，对催化剂的表观、理化特性和工艺特性进行了检测与分析，催化剂样品迎风面有破损和透光情况，活性成分均有不同程度的降低，相对活性为0.7左右，上、中层比表面积下降较大。

通过清洗前的探查发现，SCR脱硝催化剂下层普遍存在着积灰结渣现象，积灰呈现均匀的覆膜结构，已将催化剂整体覆盖起来。在SCR脱硝催化剂上层，烟气在此处拐弯，由于离心力的作用，飞灰大多被抛至炉后，因此在此处磨损较为严重（见图2）

2 干冰清洗技术简介

干冰清洗是以压缩空气作为动力和载体，将干冰作为被加速的粒子，利用专用的干冰爆破机将干冰喷射到被清洗物体表面，利用高速运动的干冰的动量变化、升华、熔化等能量转换，使被清洗物体表面的污垢、油污、残留杂质等迅速冷冻，从而凝结、脆化、被剥离，同时随气流清除。干冰清洗不会对被清洗物体表面，特别是金属表面造成任何伤害。

干冰清洗按照机理可分为依靠热膨胀的低温剥离、依靠热冲击的动能吹扫和依靠热爆破的升华膨胀（见图3）

与其他喷射介质不同，干冰温度极低（－78℃），利用低温使清洗元件材料及吸附物发生热胀冷缩效应，影响黏附污垢的力学性能；由于干冰与清洗表面间存在温差，会发生热冲击现象，材料温度降低、脆性增大，污垢层被冲击破碎。具有不同热膨胀系数的2种材料，其温差会破坏2种材料的结合；在从金属物质上清除非金属污垢时，热冲击现象最明显，清洗效果更佳。

干冰清洗与常用的压缩空气、高压水、化学药剂等清洗工艺的特点对比见表1。由表1可知，在特定的工艺要求和场合下，干冰清洗具有一定的优势。

3 清洗试验研究与工程应用

3.1 清洗原理

催化剂的失活原因主要包括表面遮蔽、微孔堵塞、毒化、磨损等（见图4）。经调查发现，90%以上的催化剂失活为可逆现象，通过对催化剂流道、微孔、表面吸附的堵塞物质进行清除可有效提高催化剂活性，提高脱硝效率及催化剂使用寿命。

常规的压缩空气冲洗仅能处理浮灰遮蔽表面的问题，压缩空气在微孔内压力迅速衰减，采用纯冲击的方案无法解决ABS堵塞微孔的问题。而干冰颗粒喷射到催化剂表面时干冰颗粒迅速升华，体积瞬间膨胀到原体积的500～600倍，在催化剂空隙内外将形成的污染物进行破碎并吸附，同时在微孔内形成高压将破碎的污染物排挤出微孔，实现迅速清理污染吸附物的目的（见图5）。

3.2 清洗装置

干冰清洗的主要设备包括干冰制造设备、干冰颗粒破碎机、干冰喷射装置等（见图6）。干冰进入干冰破碎机被制成毫米级的干冰颗粒，在喷头内与压缩空气混合，经喷头加速后离开清洗装置，以超音速到达冲洗元件表面。

3.3 清洗试验研究

对比不同试验参数下催化剂的清洗效果，模拟催化剂在机组内安装的实际状态进行清洗试验（见图7），要求在不损伤、不磨损催化剂基底和涂层材料的前提下摸索最佳试验参数，实现最佳的清洗效果。

由于催化剂为活性成分采用碾压的方式覆在载体上，因此较大的冲击力可能将活性成分从载体上剥落，导致催化剂被吹损。通过试验研究发现，距离催化剂上层表面20cm进行清灰是一个较好的选择，将取得清灰和防止催化剂被吹损的平衡效果。此外，其他的最佳工艺参数选取如下：

（1）空气压力和流量：输入空气压力不小于0.6mPa，出口压力设置在0.4mPa，可用保持空气体积流量不小于4m3/min。

（2）干冰耗材：选用食品级高密度3mm直径干冰颗粒，消耗质量流量不高于1.5Kg/min。

（3）喷嘴角度：垂直向下与催化剂上层表面平行。

（4）喷射管最大长度：最大长度不超过18.5m

3.4 清洗工程应用

为避免催化剂模块被吹损，根据干冰清洗设备选型配置和试验研究得到的优化工艺参数采用催化剂清洗采用专用型清洗喷嘴进行工程实践。在清洗催化剂前对催化剂模块进行取样留存。

在清洗过程中，先在催化剂上层进行清洗，清洗速度控制在0.5m/min。为保障催化剂清洗效果，清洗时严格控制清洗速度。为避免空气中冷凝水过多造成催化剂湿度增加，第一遍清洗完毕催化剂后间隔2h对催化剂进行第二遍清洗，待第二遍清洗完毕后在催化剂下层进行清洗，共计清洗2遍；催化剂通道清洗畅通及表面基底漏出后结束清洗。

4 清洗效果分析

4.1 宏观状态对比

采用干冰清洗前，有一层ABS灰渣附着在催化剂表面。由于ABS黏性较强，在运行中很难用在线压缩空气或蒸汽清除。而采用干冰清洗，其特有的爆破机制很容易进入疏通的ABS空隙中，使污垢剥离，大幅增大SCR脱硝催化剂的反应比表面积，使脱硝效率提高，同时使催化剂的氧化层显露出来（见图8）。

4.2 微观状态对比

抽取清洗前后的板式催化剂进行对比，结果见图9。

由图9可以看出：清洗前被ABS堵塞板结的催化剂在干冰的冲击下，微孔内的堵塞物质被有效清除，催化剂的多孔结构被恢复。干冰清洗使催化剂有更大的比表面积，有效提高催化剂活性，延长催化剂使用寿命。

4.3 透光率对比

对比清洗前后SCR脱硝催化剂透光率，发现两者差别较小（见图10）。由此可以说明，催化剂流道堵塞概率较小，其堵塞主要由表面吸附和微孔沉积引起。常规的蒸汽清洗和压缩空气清洗采用冲击方式可清理掉表面的浮灰，但难以清除微孔中的灰垢；而干冰清洗的微小爆破方式可解决微孔堵塞问题。因此，在SCR脱硝催化剂中干冰清洗的应用空间更加广阔。

4.4 性能检测效果对比

根据2020年10月西安热工研究院有限公司的SCR脱硝催化剂检测报告［7］，分别采用压缩空气和干冰清洗后，2个样品中V2O5、MoO3、TiO2质量分数均相当（见表2），表明干冰清洗未对催化剂的主要活性成分和载体成分产生损耗影响。采用干冰清洗后，SiO2、Al2O3等含量较压缩空气清洗工艺明显降低，表明干冰清洗起到了很好的飞灰清洗的效果。

干冰清洗的催化剂微观比表面积为48.74m2/g，活性为52.3m/h，而压缩空气清洗的催化剂微观比表面积为44.79m2/g，活性为43.8m/h；比表面积增大约10%，活性增强约20%，表明干冰清洗使催化剂的内部微孔通道凸显出来，起到了增强脱硝效果的目的。而常规的压缩空气清洗仅能清理催化剂表面的浮灰，无法清理催化剂微孔中沉积的ABS，无法恢复催化剂活性。

4.5 工程效果对比

对比相同负荷下干冰清洗前后的喷氨量、脱硝效率和脱硝催化剂压差。从安全仪表系统（SIS）显示数值来看SCR脱硝催化剂压差未见明显变化，表明清除微孔中的积灰对阻力影响不大。但脱硝效率有明显的改善效果，相同负荷下喷氨量降低约5%。这表明干冰清洗可治理由粉尘的覆盖和微孔的堵塞造成的催化剂失活，实现催化剂原位再生的效果，最终降低电厂运行成本和维护检修成本，提高运行经济性。

5 结语

从干冰清洗技术的机理研究、工艺参数试验研究和工程应用出发，得到如下结论：

（1）通过膨胀、冲击和爆破，干冰清洗技术对于SCR脱硝催化剂的清洗能产生较好的效果，与其他几种常规清洗技术相比具有明显优势。

（2）冲洗压力为0.6mPa、距离催化剂上层表面20cm是一个较好的工艺参数选择，将取得清灰和防止催化剂被吹损的平衡效果。

（3）对比清洗前后的SCR脱硝催化剂，干冰清洗技术可治理由粉尘的覆盖和微孔的堵塞造成的催化剂失活现象，有效提高催化剂比表面积和活性，延长催化剂使用寿命。

来源：发电设备